土石坝渗流分析.ppt

§3土石坝渗流分析
一、概述
二、水力学法
三、流网法
四、渗透变形及防止措施一、渗流分析概述渗流计算内容：
确定坝体浸润线及下游出逸点的位置，绘制坝体及坝基内的等势线分布图或流网图；
确定坝体与坝基的渗流量；
确定坝体出逸段与下游坝基表面的出逸坡降，以及不同土层间的渗透比降；
确定库水位降落时上游坝坡内的浸润线位置或孔隙压力；
确定坝肩的等势线、渗流量或渗透比降。渗流计算应包括以下水位组合情况：
上游正常蓄水位与下游相应的最低水位；
上游设计洪水位与下游相应的水位；
上游校核洪水位与下游相应的水位；
库水位降落时上游坝坡稳定最不利的情况。
渗流计算应考虑坝体和坝基渗透系数的各向异性。计算渗流量时宜采用土层渗透系数的大值平均值，计算水位降落时的浸润线宜采用小值平均值。
对1、2级坝和高坝应采用数值法计算确定渗流场各因素，其它可采用公式计算。
岸边的绕坝渗流和高山峡谷的高土石坝应按叁维渗流用数值法计算。土石坝的渗流为无压渗流，有浸润面，可视为稳定层流，满足达西定律，简化为平面问题。水位急降时产生不稳定流，需考虑浸润面随时间变化对坝坡稳定的影响。
达西定律：基本要点:
将坝内渗流分成若干段（即分段法），应用达西定律和杜平假定（假定任一铅直过水断面内各点的渗透坡降相等），建立各段的运动方程，根据水流连续性求解流速、流量和浸润线等。平均流速：（一）不透水地基上均质土坝的渗流计算
1、均质坝的渗流计算
20世纪20年代前苏联学者提出，以浸润线两端为分界线，将均质土坝分为3段：上游楔形体、中间段和下游楔形体，分别列出计算公式，再根据水流连续原理求解，称为“三段法”。下游无排水
用一个等效矩形体代替上游楔形体，把此矩形体与原三段法的中间段和而为一，成为第一段，下游楔形体为第二段。虚拟上游面为铅直的，距原坝坡与设计水位交点A的水平距离为ΔL通过第一段EOB’B’’的渗流量为：②下游有褥垫排水
根据流体力学计算表面，浸润线可由一通过E并以排水起点为焦点的抛物线来表示。焦点处的高度为he，抛物线的原点在排水起点后he/2处，可得抛物线的公式为：抛物线通过E(x=0,y=H1),代入可得下游棱体排水
当下游无水时和褥垫式相同，下游有水时，可将下游水面以上部分按照无水情况处理。（二）心墙坝的渗流计算
心墙土料的渗透系数很小，比坝壳小10E4倍以上，可不考虑上游楔形体降落水头的作用。下游坝壳的浸润线也较平缓，水头主要在心墙部位损失。下游有排水时，可假定浸润线的出逸点为下游水位与堆石内坡的交点A。
将心墙简化为等厚的矩形，δ＝（δ1+δ2)/2,则可求通过心墙段的单宽流量q1和心墙下游坝壳的单宽流量q2，联立求得心墙后浸润线高度h和q（三）斜墙坝的渗流计算
将斜墙简化为等厚的矩形，δ＝（δ1+δ2)/2,则可求通过斜墙的单宽流量q1和斜墙坝壳的单宽流量q2，联立求得h和q（四）有限深透水地基土石坝的渗流计算
1、均质坝的渗流计算
均质坝透水地基深度为T，渗透系数为KT，坝体渗透系数为k，可将坝体和坝基分开计算。坝体部分按不透水地基计算。可假定坝体不透水，按下式计算坝基的渗流量：式中n为流线弯曲对渗径的影响，可查表。2、心墙坝的渗流计算
透水地基上筑有混凝土防渗墙。渗流计算分防渗体段和墙后段两部分。通过防渗心墙和地基防渗墙的渗流量为：3、斜墙坝的渗流计算
有截水墙的斜墙坝计算分为斜墙截水墙和墙后坝体及地基两部分，分布用平均厚度代替变厚的斜墙和截水墙。斜墙和截水墙的渗流量q1和斜墙、截水墙后的渗流量q2，联立可求得q和h。公式计算时，可作如下简化：
渗透系数相差5倍以内的相邻薄土层可视为一层，采用加权平均渗透系数；
双层结构坝基，如下卧土层较厚，且渗透系数小于上覆土层渗透系数的1/100，可将下层视为相对不透水层；
当透水层坝基深度大于建筑物不透水层底部长度的1.5倍以上时，可按无限深透水层情况估算。三、流网法流网的画法：
浸润线和不透水地基的表面都是流线；上下游水下边坡都是等势线；下游边坡出逸点至下游水位既是等势线又是流线。出逸段和浸润线上各点压力均为大气压力。根据经验初拟浸润线位置及出逸点，然后将上、下游落差等分，等分的水平线与浸润线的交点即为等势线与浸润线的交点，由交点绘制与等势线，一端垂直浸润线，一端垂直于地基表面，然后绘制流线，反复修正。2024/8/202024/8/20四、渗透变形及防止措施流土：指在渗流作用下，粘性土及均匀无粘性土体被浮动的现象。流土常见于下游逸出处。
接触冲刷：渗流沿着两种不同介质的接触面流动时，把其中颗粒层的细粒带走。
接触流土：渗流垂直于两种不同介质的接触面流动时，把其中一层的细粒，移入到另一层中去。例如反滤层的淤塞。
化学管涌：指土体中的盐类被渗流水溶解带走的现象。渗透变形的判别：
1、用土料的不均匀系数η；
2、用土